Мэтт Карлсон, вице-президент по развитию бизнеса WiBotic – серия интервью

Мэтт Карлсон, вице-президент по развитию бизнеса в ВиБотик Инк, компания, которая предоставляет надежные беспроводные решения для зарядки воздушных, мобильных и водных робототехнических систем.

Почему решения для беспроводной зарядки так важны для будущего робототехники?  

Роботам нужна возможность автономной зарядки для большинства приложений. Просто нерентабельно нанимать штат рабочих для управления зарядкой или заменой батарей. Однако большая часть автономной зарядки сегодня осуществляется с помощью док-станций, требующих физического сопряжения электрических контактов.

Для этого требуется очень точная навигация к зарядной док-станции, которую трудно запрограммировать и которая не всегда надежна. Неправильное выравнивание контактов может привести к пропуску цикла зарядки и простою робота. Контактные станции также со временем изнашиваются, контакты могут загрязняться или подвергаться коррозии, что опять же приводит к нестабильной зарядке. Наконец, OEM-производители роботов используют широкий спектр типов электрических контактов, что делает практически невозможным создание одной зарядной станции, способной заряжать любого робота.

Беспроводные системы не имеют ни одной из этих проблем. Системы WiBotic предлагают допуск на выравнивание в несколько сантиметров, поэтому нет необходимости иметь чрезвычайно точный навигационный стек. Поскольку антенны могут быть полностью изолированы от элементов и не вступают в физический контакт друг с другом, беспроводные системы также очень надежны и могут выдерживать неограниченное количество циклов зарядки. Наконец, по мере роста использования роботов большинство компаний будут использовать более одного типа роботов. Вместо того, чтобы иметь стену или комнату, предназначенную для множества различных зарядных док-станций, одна беспроводная зарядная станция может заряжать любого робота, оснащенного простой приемной антенной, экономя деньги и пространство.

Первоначально Wibotic сосредоточился на питании медицинских устройств, что послужило причиной поворота в сторону роботов, дронов и автономных подводных аппаратов (AUV)?

Два основателя WiBotic, Бен Уотерс и Джош Смит, действительно сосредоточились на беспроводном питании для медицинских устройств во время большей части своих исследований в Вашингтонском университете. Их технология увеличила радиус действия и надежность беспроводного питания, что было критически важно для медицинского рынка. Однако, когда Бен получил докторскую степень и основал WiBotic, компания сразу же сосредоточилась на робототехнике как на своем основном рынке. Это было основано на спросе со стороны индустрии робототехники.

OEM-производители роботов и дронов и конечные пользователи признали преимущества технологии WiBotic с точки зрения уровня мощности и дальности действия по сравнению с другими беспроводными системами. Они также начали бороться с внедрением контактных зарядных устройств для больших парков роботов и искали более надежные решения.

Для рынка дронов контактная зарядка в большинстве случаев не является стартовой, поскольку дроны работают на открытом воздухе (в основном), где вода становится проблемой при любых физических электрических контактах. И, конечно же, подводные приложения также выигрывают от полностью закрытой природы беспроводной связи.

Какие технологии передачи энергии используются? 

WiBotic использует элементы как электрической индукции, так и магнитного резонанса для передачи энергии. Эти два метода относительно хорошо зарекомендовали себя в широком диапазоне уровней мощности. Что отличает WiBotic, так это наша способность управлять соединением (технически импедансом) между антеннами в режиме реального времени. Мы называем это адаптивным согласованием импеданса.

Одна из самых больших проблем с беспроводным питанием, особенно для робототехники, заключается в том, что электрическая среда постоянно меняется. Если робот пристыковывается в немного другом положении, если его внутренняя электроника включается и выключается во время зарядки, а также по мере зарядки самой батареи, сопротивление между передающей и принимающей сторонами системы изменяется. Это может существенно повлиять на эффективность и дальность действия. Наша технология AIM постоянно отслеживает изменения импеданса, поэтому мы можем поддерживать уровни эффективности и мощности даже при изменении всех этих других элементов в системе.

Не могли бы вы обсудить эффективность блоков, например, сколько энергии теряется при передаче энергии? 

Для систем WiBotic мощностью 250-300 Вт мы имеем сквозной уровень эффективности от 70% до 80%. Это представляет собой полную эффективность системы от входа в наш передатчик до выхода на батарею. Фактическая часть этого уравнения между антеннами имеет КПД около 95%, но есть потери в схеме передатчика, а также в схеме зарядки аккумулятора. Важно отметить последнюю часть, поскольку даже очень хорошо спроектированное зарядное устройство с подключением к сети обычно имеет эффективность только около 90-95%.

Таким образом, использование беспроводной системы, подобной нашей, приводит к снижению эффективности примерно на 10% по сравнению со статус-кво контактной зарядки.

Каковы ограничения по расстоянию в зависимости от того, насколько близко робот должен находиться рядом с источником питания? 

Это зависит от размера используемых антенн. Наша стандартная передающая антенна имеет диаметр 20 см, а приемная антенна имеет диаметр 10 см. При таких размерах антенн мы допускаем 5-сантиметровый воздушный зазор между антеннами и до 5-сантиметрового смещения из стороны в сторону от концентрического положения (таким образом, 10-сантиметровый радиус действия из стороны в сторону).

В отличие от других беспроводных систем питания и благодаря нашей технологии AIM, мы поставляем полную мощность на батарею в любой точке в пределах этого диапазона. Дальность можно увеличить за счет увеличения диаметра антенн. Поскольку наши антенны представляют собой относительно простые печатные платы (которые также очень тонкие и легкие), мы можем модифицировать и производить их версии по индивидуальному заказу относительно недорого для клиентов, предпочитающих другой размер.

Могут ли несколько роботов использовать одну и ту же зарядную станцию? 

Абсолютно! Только один робот может одновременно заряжаться на беспроводной зарядной станции, но целые парки различных роботов могут использовать одну и ту же зарядную станцию ​​(или набор зарядных станций). Это возможно, потому что, в отличие от большинства контактных зарядных устройств, передающая станция не отправляет определенный уровень напряжения и тока. Вместо этого он посылает беспроводную энергию на заданной частоте. Наше бортовое зарядное устройство, установленное на роботе, затем преобразует эту беспроводную энергию в определенное напряжение и ток, необходимые этому транспортному средству.

Мы поддерживаем батареи от 0 до 60 В и уровни тока от 0 до 30 А с нашей текущей линейкой продуктов.

Не могли бы вы обсудить какое-либо программное обеспечение для оптимизации энергопотребления, которое предлагается в настоящее время? 

Наше беспроводное силовое оборудование поставляется с графическим веб-интерфейсом, который позволяет клиентам настраивать систему для широкого диапазона параметров. Например, пользователи могут выбрать типичный уровень «100% заряда» для конкретной батареи. Но если они будут делать это каждый раз, они могут не получить столько циклов зарядки аккумулятора. Поэтому, если 100% зарядка не требуется, максимальный уровень напряжения можно уменьшить, чтобы продлить срок службы батареи.

Точно так же, если аккумулятор всегда заряжается максимальным током (в амперах), срок его службы сократится. Используя наш графический интерфейс и API-интерфейсы, пользователи могут планировать зарядку как можно быстрее, когда роботу нужно вернуться в работу, или медленнее, когда они знают, что у них есть больше времени (например, на ночь). Эти функции настройки и оптимизации батареи доступны с нашим стандартным графическим интерфейсом и с использованием наших API.

Мы также предлагаем новый программный продукт, который позволяет пользователям отображать, а затем собирать информацию о зарядке со всего парка передатчиков и приемников WiBotic. Это позволяет роботам знать, когда и где доступны зарядные станции, чтобы максимально увеличить время безотказной работы. Он также позволяет создавать подробные отчеты о производительности зарядки аккумуляторов с течением времени, помогая выявлять проблемы с аккумуляторами и оптимизировать подачу электроэнергии для всего парка. Эти функции становятся особенно полезными, если конечный пользователь может реализовать схемы альтернативной зарядки, при которых роботы заряжаются много раз в день в течение более коротких периодов времени, а не прекращают работу на несколько часов для зарядки.

Предложение беспроводного питания для автономных подводных аппаратов (AUV) кажется чрезвычайно сложным, не могли бы вы обсудить это? 

Да, определенно есть много проблем с подводными приложениями. С точки зрения передачи мощности пара сантиметров соленой воды ослабит передачу энергии примерно на 50%, поэтому для зарядки батарей того же размера под водой потребуется больше времени, чем на воздухе.

По той же причине радиус действия антенны также более ограничен, а это означает, что БПЛА должен иметь очень хорошую навигацию, чтобы успешно найти зарядную станцию ​​и пристыковаться к ней. Обычно этому способствует какое-то устройство физического выравнивания, которое направляет БПЛА на зарядную станцию ​​и помогает выровнять антенны.

Однако преимущество беспроводного питания под водой заключается в том, что антенны могут быть полностью залиты или загерметизированы. Системы WiBotic в настоящее время работают на исследовательской станции MBARI MARS у побережья Монтерея, Калифорния, на глубине почти 3000 футов. В этом случае электроника передатчика и приемника размещается в баллонах под давлением 1 атм, но электроника также может быть спроектирована для корпусов, заполненных маслом, чтобы выдерживать еще большую глубину.

WiBotic продолжает работать с Министерством обороны, различными университетами, некоммерческими и коммерческими партнерами, чтобы расширить использование наших систем под водой, но это определенно сложная среда!

WiBotic недавно объявлена ​​авторизация оборудования от Федеральной комиссии по связи (FCC) за его мощные передатчики и приемники. Эти продукты являются первыми системами мощностью до 300 Вт, получившими одобрение FCC для использования в мобильных роботах, дронах и других промышленных устройствах. Почему это важно и что это означает для будущего робототехники и дронов?  

Поскольку индустрия робототехники продолжает расти, OEM-производители и конечные пользователи роботов сталкиваются с растущим уровнем регулирования и более строгими требованиями безопасности. Нашим клиентам важно знать, что продукты WiBotic, как компонент более крупных роботизированных решений, будут соответствовать этим нормативным требованиям. Короче говоря, это позволяет производителям роботов и дронов сосредоточиться на дополнительных функциях и функциях для конечных пользователей, а не на решении вопросов сертификации. Это позволит им развертывать более крупные флоты быстрее, чем это было бы возможно в противном случае.

Есть ли что-нибудь еще, что вы хотели бы рассказать о Wibotic? 

Поскольку большинство людей думают о физических антеннах и печатных платах, когда думают о беспроводном питании, часто упускается из виду тот огромный объем работы, который мы вложили в наше программное обеспечение и прошивку. Во многих отношениях именно разработанная нами усовершенствованная прошивка позволяет нашему оборудованию работать в таких полезных диапазонах и на таких уровнях мощности.

Мы также продолжаем расширять возможности нашего программного обеспечения для оптимизации энергопотребления, чтобы обеспечить еще более тщательный анализ и сравнительный анализ использования энергии и долговечности аккумуляторов в широком спектре роботизированных приложений.

Спасибо за прекрасное интервью, читатели, желающие узнать больше, могут посетить ВиБотик Инк, или прочитайте о том, как WiBotic Получено первое в отрасли одобрение Федеральной комиссии по связи (FCC) для беспроводной зарядки высокой мощности для роботов и дронов.